Selección de aceros para herramientas en moldes de fundición a presión
La fundición a presión es un proceso de alto volumen en el que el metal fundido se inyecta a alta presión en una cavidad cerrada del molde. En cada ciclo, el molde absorbe y libera calor continuamente, por lo que funciona no solo como una herramienta de conformado, sino también como un componente sometido a cargas térmicas repetidas.
En la producción, el daño en los troqueles no es aleatorio. Generalmente se produce bajo la interacción de tres condiciones. La superficie se calienta repetidamente con metal fundido y luego se enfría rápidamente, lo que genera tensiones cíclicas que, con el tiempo, provocan fisuras por calor. Al mismo tiempo, la alta presión de inyección y el rápido flujo de metal generan erosión y deformación localizada. Además, el contacto continuo con aleaciones fundidas favorece la soldadura y la degradación de la superficie, especialmente en la fundición de aluminio.
Lo que determina la vida útil del chip no es la presencia de estas condiciones, sino cuál de ellas se vuelve dominante en una aplicación específica.
Factores de selección para aceros de herramientas de fundición a presión
La selección de materiales debe comenzar por identificar cómo falla realmente el troquel durante su uso, en lugar de comparar las propiedades generales de los materiales.
Resistencia a la fatiga térmica (comprobación térmica)
En la mayoría de los procesos de fundición a presión de aluminio y magnesio, los moldes fallan debido al agrietamiento superficial causado por ciclos térmicos repetidos. Cuando las grietas se inician prematuramente y se propagan rápidamente, aumentar la dureza no resuelve el problema. Lo que importa más es la capacidad del material para resistir la tensión cíclica y ralentizar el crecimiento de las grietas. En estos casos, se requieren aceros con buena tenacidad y una microestructura estable bajo calentamiento repetido.
Resistencia al calor y al templado
Cuando aumenta la temperatura de fundición, sobre todo en aleaciones de latón o cobre, el modo de fallo suele cambiar. En lugar de agrietarse, el molde puede empezar a ablandarse, deformarse o perder estabilidad dimensional. Si no se puede mantener la dureza superficial durante su uso, el molde fallará incluso si se controla el agrietamiento. En estas condiciones, la resistencia al ablandamiento se vuelve más importante que la tenacidad.
Equilibrio entre dureza y tenacidad
Una mayor dureza mejora la resistencia al desgaste y la erosión, pero también aumenta el riesgo de propagación de grietas bajo tensión térmica. Por ello, la mayoría de los moldes de fundición a presión se utilizan con una dureza de entre 42 y 50 HRC. Por debajo de este rango, la deformación es más probable. Por encima, el agrietamiento tiende a acelerarse. Cuando los moldes fallan debido a un agrietamiento prematuro, reducir la dureza o seleccionar un material más resistente suele ser más eficaz que aumentarla aún más.
Aceros para herramientas recomendados
Proveedor de acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El H13 se utiliza como material base para la mayoría de las aplicaciones de fundición a presión porque proporciona un equilibrio estable entre resistencia a la fatiga térmica, resistencia en caliente y tenacidad.
Es adecuado cuando la falla del molde se debe principalmente al agrietamiento por calor y no predominan condiciones extremas. En la fundición a presión de aluminio y magnesio, donde el ciclo térmico es inevitable pero no excesivamente severo, el H13 ofrece un rendimiento constante y predecible.
Las variantes más limpias, como los grados ESR, mejoran aún más la resistencia a la iniciación de grietas al reducir los defectos internos, lo cual es importante en series de producción largas.
Acero para herramientas AISI H11 | 1.2343 | SKD6
H11 cobra relevancia cuando H13 no dura como se esperaba y la falla está dominada por el agrietamiento en lugar del desgaste o la deformación.
Esto suele ocurrir en matrices expuestas a enfriamiento agresivo, grandes gradientes de temperatura o ciclos térmicos de alta frecuencia. En estas condiciones, la mayor tenacidad del H11 ayuda a ralentizar la propagación de grietas y a prolongar la vida útil de la matriz.
En la práctica, el cambio de H13 a H11 es una respuesta directa a los problemas de fractura prematura.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
Se selecciona H21 cuando la temperatura se convierte en el factor limitante en lugar del agrietamiento.
Si la superficie del molde se ablanda durante el funcionamiento, presenta deformación plástica o no mantiene su dureza a temperaturas elevadas, los aceros convencionales a base de cromo ya no son suficientes. En estos casos, se utiliza un acero a base de tungsteno, como el H21, ya que conserva su resistencia y dureza a temperaturas más altas.
Sin embargo, su menor tenacidad lo hace inadecuado para aplicaciones sometidas a fuertes choques térmicos. Por lo tanto, se utiliza de forma selectiva, solo cuando la estabilidad a altas temperaturas es el requisito principal.
Acero para herramientas AISI P20 | 1.2311 | 3Cr2Mo
Se elige el P20 cuando los requisitos de producción están más condicionados por el coste y la velocidad de entrega que por la vida útil máxima del troquel.
Gracias a su estado pretemplado, permite el mecanizado directo sin tratamiento térmico, lo que reduce los plazos de entrega y evita la deformación. Esto lo hace idóneo para la producción en series cortas o la fundición a baja temperatura, como la del zinc.
Sin embargo, bajo cargas térmicas elevadas, especialmente en la fundición de aluminio a presión, el P20 carece de la resistencia al revenido suficiente y se deteriora rápidamente. Por lo tanto, su uso se limita a aplicaciones donde se acepta una vida útil más corta de la herramienta.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Aplicaciones principales | Lógica de selección |
| AISI H13 | 42–52 HRC | Al, Mg, Zn (Uso general) | Se utiliza cuando la comprobación por calor es el principal modo de fallo. |
| AISI H11 | 44–50 HRC | Al, Zn (Ciclos térmicos severos) | Se selecciona cuando el agrietamiento se produce antes de lo previsto. |
| AISI H21 | 38–52 HRC | Latón, cobre | Se utiliza cuando el ablandamiento a alta temperatura se vuelve crítico. |
| AISI P20 | 28–32 HRC | Zinc (producción a corto plazo) | Se utiliza cuando se priorizan el coste y la rapidez del mecanizado. |